Полный курс презентаций

1.

МАТЕРИАЛЫ И
КОМПОНЕНТЫ
ЭЛЕКТРОННОЙ
ТЕХНИКИ
Практическое занятие 1. Резисторы
Преподаватель:
Ассистент ОЭИ ИШНКБ
Архипова Алена Владимировна
2026

2.

ВВЕДЕНИЕ
Электроника - одна из главных историй успеха XX века. Есть две физические
величины, которые требуют учёта в любой электронной схеме: ток и напряжение.
Обычно они меняются во времени, в противном случае не происходило бы ничего
интересного.
Напряжение
 Напряжение между двумя точками - это энергия (работа, которую надо совершить),
необходимая для перемещения единичного положительного заряда из точки с более
отрицательным потенциалом к точке с более положительным.
Ток
 Ток - мера интенсивности, с которой заряды проходят через какую-либо точку.
Измеряется в амперах .
В соответствии с этими определениями ток течёт через что-то, а напряжение
прикладывается между чем-то.
Поэтому
правильно
говорить
о
напряжении между точками или точке через соединение или схему. Ток появляется,
когда к чему-либо прикладывают напряжение.
2

3.

НЕСКОЛЬКО ПРОСТЫХ ПРАВИЛ ДЛЯ
ТОКОВ И НАПРЯЖЕНИЙ
 Сумма токов, втекающих в точку равна
сумме токов, вытекающих из неё ( закон
сохранения заряда ) Следствием из
данного правила является одинаковая
величина тока, текущего через любой
участок
последовательной
схемы
( цепочки двухвыводных устройств,
включённых одно за другим ).
 Элементы,
включённые
параллельно
имеют одинаковые напряжения на своих
концах. Иначе говоря, сумма падений
напряжений между точками «A» и «B»
по одному пути эквивалентна сумме
падений по другому пути и равна
напряжению между точками «A» и «B».
Официальная
формулировка:
сумма
падений напряжений по замкнутому
контуру равна нулю.
3

4.

ЭЛЕМЕНТНАЯ БАЗА ЭЛЕКТРОННОЙ
АППАРАТУРЫ
4

5.

ЗАВИСИМОСТЬ МЕЖДУ
НАПРЯЖЕНИЕМ И ТОКОМ:
СОПРОТИВЛЕНИЕ И РЕЗИСТОРЫ
 ток через металлический проводник (или
иной
материал
хоть
сколь-нибудь
проводящий)
пропорционален
напряжению
на
его
концах.
В
качестве
проводников
в
схемах
используются достаточно толстая проволока,
чтобы падение напряжения на ней было
совершенно незначительным. Это нисколько
не единый закон проводимости для всех
объектов.
 Резисторы
делаются
из
какого-либо
проводящего
материала,
например,
углеродной массы или металлической плёнки
или проволоки из специального сплава.
Имеют два контакта и характеризуются
сопротивлением:
R=V/I.
Некоторые виды резисторов. Верхний ряд ( проволочные керамические мощные резисторы ) слева направо : 20 W выводной остеклованный, 20 W с винтовым
креплением, 30 W остеклованный, 5 и 20 W под винтовой монтаж. Средний ряд ( проволочные мощные резисторы ): 1 , 3 и 5W с аксиальными выводами
керамические; 5 , 10 , 25 и 50 W для крепления на теплоотвод ( типа «Dale» ). Нижний ряд : углеродные композитные ( 2 , 1 , ½ , ¼ и ⅛W ); для
поверхностного монтажа ( размеры 2010 , 1206 , 0805 , 0603 и 0402 ); наборы резисторов в 6-, 8- и 10-выводных корпусах SIP; набор резисторов в корпусе
DIP. Внизу металлоплёночный резистор RN55D ¼W , 1% , два резистора почти в центре - высокоомные Victoreen: стеклянный 2 GΩ и керамический 5 GΩ
5

6.

ПАССИВНЫЕ ЭЛЕКТРОННЫЕ
КОМПОНЕНТЫ - РЕЗИСТОРЫ
6

7.

КЛАССИФИКАЦИЯ РЕЗИСТОРОВ
7

8.

КЛАССИФИКАЦИЯ РЕЗИСТОРОВ
8

9.

КЛАССИФИКАЦИЯ РЕЗИСТОРОВ
9

10.

КЛАССИФИКАЦИЯ РЕЗИСТОРОВ
10

11.

КЛАССИФИКАЦИЯ РЕЗИСТОРОВ
11

12.

КОНСТРУКЦИЯ РЕЗИСТОРОВ
12

13.

КОНСТРУКЦИЯ РЕЗИСТОРОВ
Конструкция металлопленочного резистора
Конструкция непроволочного резистора
13

14.

РЕЗИСТОР – ИСТОЧНИК ШУМОВ
14

15.

НАБОРЫ РЕЗИСТОРОВ
15

16.

ОСНОВНЫЕ ПАРАМЕТРЫ РЕЗИСТОРОВ
16

17.

ОСНОВНЫЕ ПАРАМЕТРЫ РЕЗИСТОРОВ
17

18.

ОСНОВНЫЕ ПАРАМЕТРЫ РЕЗИСТОРОВ
18

19.

ОСНОВНЫЕ ПАРАМЕТРЫ РЕЗИСТОРОВ
19

20.

ОСНОВНЫЕ ПАРАМЕТРЫ РЕЗИСТОРОВ
20

21.

МАРКИРОВКА
21

22.

МАРКИРОВКА
22

23.

МАРКИРОВКА
23

24.

МАРКИРОВКА
24

25.

ПЕРЕХОДИМ К
ПРАКТИЧЕСКОМУ ЗАДАНИЮ!
ДОМАШНЕЕ ЗАДАНИЕ:
КОНСПЕКТ ТЕОРИИ
25

26.

СХЕМЫ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ С РЕЗИСТОРАМИ
Два резистора соединим последовательно и подадим на них напряжение.
Напряжение может быть как постоянное, так и переменное.
Подавая напряжение на эту цепь, состоящую из двух
резисторов, у нас получается, что цепь становится
замкнутой, и в цепи начинает течь электрический ток
с какой-то определенной силой тока, которая зависит
от номиналов резисторов.
Так как наши резисторы соединены последовательно,
то и их общее сопротивление будет выражаться
формулой
Используя закон Ома: I=U/R, мы можем записать, что:
Сумма падений напряжений на резисторах
равняется напряжению питания
Подставляем вместо I формулу
26

27.

РАССЧИТАТЬ РЕЗИСТИВНЫЙ ДЕЛИТЕЛЬ
НАПРЯЖЕНИЯ
Задание 1:
Подберите резисторы так, чтобы на резисторе 2 выделялось напряжение равное вашему
варианту. Входное напряжение 30. Входной ток 10мА. Чему равна сумма падений
напряжений? Найдите R1 и R2
Задание 2 :
Подберите резисторы так, чтобы на резисторе 1 выделялось напряжение равное
|вашему варианту – 7|. Входное напряжение 28. Входной ток 30мА. R1,R2 - ?
27

28.

МАТЕРИАЛЫ И
КОМПОНЕНТЫ
ЭЛЕКТРОННОЙ
ТЕХНИКИ
Практическое занятие 2.
Конденсаторы
Преподаватель:
Ассистент ОЭИ ИШНКБ
Архипова Алена Владимировна
2026

29.

ЭЛЕМЕНТНАЯ БАЗА
ЭЛЕКТРОННОЙ АППАРАТУРЫ.
ПАССИВНЫЕ КОМПОНЕНТЫ
 Конденсатор – элемент электрической цепи, обладающий электрической емкостью
предназначенный для накопления электрических зарядов.
Емкость – модель конденсатора.
Емкость плоского конденсатора
рассчитывается по формуле:
Емкость или мера вмещения в себя
электрической энергии:
Заряд, накопленный в
конденсаторе:
где
ε0 = 10^(-9)/36π = 8,854*10^(-12) Ф/м
– относительная
диэлектрическая проницаемость;
ε – абсолютная диэлектрическая
проницаемость (справ.);
S – площадь одной пластины, м2;
d – расстояние между пластинами.
Заряд равен произведению силы
тока I на время t:
29

30.

ЭЛЕМЕНТНАЯ БАЗА
ЭЛЕКТРОННОЙ АППАРАТУРЫ.
ПАССИВНЫЕ КОМПОНЕНТЫ
Математическая модель емкости:
Для вычисления напряжения в
любой момент времени:
Энергия, запасенная в
конденсаторе:
V(0) – напряжение на
конденсаторе в
начальный момент
времени (как правило
всегда равно нулю);
V(t) – напряжение на
конденсаторе в любой
момент времени t;
30

31.

РЕАКТИВНОЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ
По аналогии с законом Ома I=V/R из
вышележащего соотношения находят
так называемое реактивное
сопротивление конденсатора Zс:
31

32.

ФУНКЦИОНАЛЬНОЕ НАЗНАЧЕНИЕ:
- в качестве накопителя энергии;
- в составе времязадающих RC-цепочек;
- в составе резонансных LC-контуров;
- в качестве фильтрующего элемента входных и выходных цепей источников питания;
- в составе интегрирующих RC-цепочек и дифференцирующих RC-цепочек;
- в качестве токоограничивающего элемента в цепях переменного тока;
- в емкостных делителях напряжения;
- в умножителях напряжения;
- в качестве элемента, обеспечивающего развязку по постоянному току;
- в цепях компенсации реактивной мощности.
32

33.

КЛАССИФИКАЦИЯ КОНДЕНСАТОРОВ
По назначению различают конденсаторы:
1. Общего назначения.
2. Специального назначения:
а) высоковольтные;
б) импульсные;
в) помехоподавляющие;
г) дозиметрические;
д) пусковые и др.
По характеру изменения емкости различают:
1. Конденсаторы постоянной емкости
(постоянные конденсаторы).
2. Конденсаторы переменной емкости
(переменные конденсаторы).
3. Подстроечные конденсаторы.
Конденсаторы общего назначения – наиболее
широко применяемые на практике в большинстве
видов аппаратуры. К таким конденсаторам не
предъявляются особые
требования
(наиболее
распространенные
–
низковольтные конденсаторы).
Конденсаторы постоянной емкости обладают
фиксированной емкостью, нерегулируемой в процессе
эксплуатации.
Конденсаторы
специального
назначения
предназначены
для
выполнения
специфических
функций (подавление помех, пуск электродвигателя и
т.п.) или для работы в особых условиях (высокое
напряжение, импульсный ток и т.п.).
33

34.

КЛАССИФИКАЦИЯ КОНДЕНСАТОРОВ
Конденсаторы переменной емкости
допускают изменение емкости в процессе
функционирования. Управление величиной
емкости может осуществляться:
- механически;
- электрическим напряжением (вариконды);
- температурой (термоконденсаторы).
Их применяют для плавной настройки
колебательных контуров, в цепях
автоматики и т.д.
Максимальные значения емкости переменных
конденсаторов невелики, как правило, 600÷5000пФ.
Для переменных и подстроечных конденсаторов важны
максимальная Cmax и минимальная Cmin емкости,
коэффициент перекрытия по емкости
KC = Cmax/Cmin, tg δ и закон изменения емкости.
Подстроечные конденсаторы – емкость
изменяется при разовой (непериодической)
регулировке или настройке и не изменяется
в процессе функционирования аппаратуры.
Используются в цепях, где требуется
незначительное изменение емкости.
Внешний вид переменного
конденсатора с механической
регулировкой емкости
Внешний вид построечных конденсаторов
34

35.

КЛАССИФИКАЦИЯ КОНДЕНСАТОРОВ
По виду диэлектрика
конденсаторы постоянной
емкости можно разделить
на группы:
1. С газообразным
диэлектриком;
2. С неорганическим
диэлектриком;
3. С органическим
диэлектриком;
4. С оксидным
диэлектриком
(неорганические)
электролитические.
35

36.

ВАРИАНТЫ КОНСТРУКЦИЙ
Пленочный конденсатор
Конденсатор пусковой
Керамический конденсатор
Электролитический
36

37.

ВАРИАНТЫ КОНСТРУКЦИЙ
37

38.

КЛАССИФИКАЦИЯ КОНДЕНСАТОРОВ
Номинальная емкость (Сном) – значение электрической емкости, обозначенное на
корпусе конденсатора и необходимое для отсчета допускаемого отклонения от этого
значения. Номинальное значение указывается на электрической принципиальной схеме
электронного устройства рядом с его УГО. Номинальные значения емкостей
стандартизованы и выбираются из специальных рядов, аналогично сопротивлениям
резисторов. Для емкостей используются те же ряды числовых коэффициентов. Для
конденсаторов наиболее часто используются ряды: E3, Е6, Е12 и Е24.
38

39.

КЛАССИФИКАЦИЯ КОНДЕНСАТОРОВ
Тангенс угла диэлектрических потерь - параметр, характеризующий потери в
конденсаторе. Потери в конденсаторе определяются потерями в диэлектрике и обкладках.
Тангенс угла потерь определяется при синусоидальном напряжении определенной частоты
и температуре:
где φ – угол сдвига фаз между током и напряжением конденсатора (в идеале –
90 градусов); δ – угол потерь, дополняющий до 90 градусов угол сдвига фаз φ.
Конкретное значение зависит от типа и качества диэлектрика, а также от
температуры окр. среды и частоты переменного тока, на которой измеряется.
Как правило, tg δ имеет минимум в области комнатных температур. С ростом
частоты tg δ увеличивается. Значения tg δ = доли % ÷ неск. сотен %.
39

40.

ПОТЕРИ В КОНДЕНСАТОРАХ
40

41.

КЛАССИФИКАЦИЯ КОНДЕНСАТОРОВ
Ток утечки (Iут) - ток проводимости, проходящий через
конденсатор при постоянном напряжении на его обкладках в
установившемся
режиме.
Актуален,
в
основном,
для
вакуумных и электролитических конденсаторов. Обусловлен
наличием в диэлектрике свободных носителей заряда и
характеризует качество диэлектрика.
Сопротивление изоляции конденсатора – электрическое
сопротивление конденсатора постоянному току определенного
уровня напряжения. Связано с током утечки. Данное
сопротивление
характеризует
качество
диэлектрика
и
качество изготовления конденсаторов, зависит от типа
диэлектрика:
где U0 – постоянное напряжение, приложенное
к конденсатору, вызвавшее Iут.
Температурный коэффициент емкости (ТКЕ) – параметр,
учитывающий изменение
емкости в зависимости от температуры
где Снорм – емкость при нормальной температуре Tнорм;
Спред – емкость при предельной температуре Tпред .
41

42.

КЛАССИФИКАЦИЯ КОНДЕНСАТОРОВ
Номинальное
напряжение
(U
ном)
–
значение
напряжения,
обозначенное
на
конденсаторе
или
указанное
в
НТД
(нормативно-технической документации), при
котором он может работать в заданных
условиях
в
течение
срока
службы
с
сохранением
параметров
в
допустимых
пределах.
Рабочее
напряжение
при
эксплуатации
конденсатора
не
должно
превышать
паспортного значения!
Для
конденсаторов
с
номинальным
напряжением
10кВ
и
менее
значения
номинальных
напряжений
устанавливаются
согласно ГОСТ 9665-77 из ряда: 1; 1,6; 2,5;
3,2; 4; 6,3; 10; 16; 20; 25; 32; 40; 50; 63; 80;
100; 125; 160; 200; 250; 315; 350; 400;
450; 500; 630; 800; 1000; 1600; 2000; 2500;
3000; 4000; 5000; 6300; 8000; 10000В.
42

43.

СИСТЕМА УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ И
МАРКИРОВКА КОНДЕНСАТОРОВ
Система условных обозначений предусматривает полное и сокращенное
обозначения. Полное обозначение состоит из четырех элементов, например:
условные
К10–25–100пФ±10% М47-НМ-В ТУ.
К10-25 – сокращенное обозначение вида конденсатора; (100пФ±10%М47-НМ) –
параметры конденсатора: 100пФ – ном. емкость, ±10% - допускаемое отклонение емкости,
М47 – группа по ТКЕ, НМ – с отсутствием мерцания емкости обозначения и величины
основных параметров и характеристик; В – обозначение климатического исполнения (В –
всеклиматическое, Т - тропическое); ТУ – обозначение документа на поставку.
Сокращенное обозначение состоит из трех элементов.
Первый элемент – буква (или сочетание букв), обозначающая подкласс конденсаторов:
К – постоянной емкости;
КТ – подстроечные;
КП – переменной емкости;
КС – конденсаторные сборки.
Второй элемент – цифры, обозначающие тип диэлектрика и назначение конденсатора,
т.е. его группу;
Третий элемент – порядковый регистрационный номер разработки, например К10-25.
43

44.

СИСТЕМА УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ И
МАРКИРОВКА КОНДЕНСАТОРОВ
Кодированное обозначение показывает: значение номинальной емкости, допустимого
отклонения, группы по температурной стабильности. Номинальная емкость описывается
цифрами и буквой, указывающей множитель, на который умножается цифровое
обозначение и положение запятой десятичного знака.
Для обозначения емкости используются буквы:
Примеры: 10nF = 10нФ; 100пФ = 100pF = n10; μ10 = 100нФ = 100n; 3μ3 = 3,3мкФ.
Существует несколько стандартов для обозначения допускаемого отклонения. В таблице
приведено соответствие допустимого отклонения емкости и его кодирования буквой по МЭК.
44

45.

СИСТЕМА УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ И
МАРКИРОВКА КОНДЕНСАТОРОВ
В обозначении ТКЕ буквы обозначают знак:
М – минус; П – плюс; МП – близкое к нулю; Н - ненормировано. Цифры после букв
показывают значение ТКЕ, например П100 (ТКЕ = 100*10^(-6)K^(-1)), М750 (ТКЕ = -750
*10^(-6)K^(-1)). Буква Н указывает, что для данного конденсатора ТКЕ не нормируется, а
цифры после нее – на возможное изменение емкости в диапазоне допустимых температур,
например Н50 – изменение емкости относительно измеренной при 20 С не более ±50%.
Пример маркировки конденсатора:
100nI = 100нФ±5%.
Группы керамических конденсаторов
типа 2 по допускаемому изменению
емкости.
45

46.

ГРУППЫ ТКЕ КОНДЕНСАТОРОВ С ЛИНЕЙНОЙ ИЛИ
БЛИЗКОЙ К НЕЙ ЗАВИСИМОСТЬЮ ЕМКОСТИ ОТ
ТЕМПЕРАТУРЫ
Для обозначения ТКЕ часто используют
цветовой код.
Цвет покрытия корпуса конденсатора
указывает на знак ТКЕ, а цвет
кодировочного знака – на его значение,
например:
синий и серый цвета корпуса
соответствуют положительному ТКЕ;
голубой – близкий к нулю;
красный и зеленый – отрицательный ТКЕ.
46

47.

УСЛОВНОЕ ГРАФИЧЕСКОЕ ОБОЗНАЧЕНИЕ
КОНДЕНСАТОРОВ (УГО)
47

48.

Основные формулы, которые стоит знать
Общее выражение
емкости конденсатора
Емкость плоского
конденсатора
При параллельном соединении конденсаторов
С1, С2, …, Сn эквивалентная емкость равна
При последовательном соединении конденсаторов
эквивалентная емкость определяется из формулы
Для двух последовательно соединенных
конденсаторов эквивалентная емкость составляет
напряжения между отдельными конденсаторами
распределяются обратно пропорционально их емкостям
Преобразование звезды емкостей в эквивалентный
треугольник емкостей или обратно
48

49.

Расчет распределения зарядов в сложных цепях, содержащих
источники э.д.с. и конденсаторы, производится путем составления
уравнений по двум законам:
1) По закону сохранения электричества (закон сохранения
электрического
заряда):
алгебраическая
сумма
зарядов
на обкладках
конденсаторов,
соединенных
в узел
и не подключенных к источнику энергии, равна алгебраической
сумме зарядов, имевшихся на этих обкладках до их соединения:
2) По второму закону Кирхгофа: алгебраическая сумма э. д. с. в замкнутом контуре равна
алгебраической сумме напряжений на участках контура, в том числе на входящих в него
конденсаторах:
49

50.

Решение задач на расчет электрической цепи
постоянного тока с конденсаторами
Задача. Доказать
конденсаторов
формулу
эквивалентной
емкости
при последовательном
соединении
Найти эквивалентную емкость — это значит найти конденсатор такой емкости, который
при той же разности потенциалов будет накапливать тот же заряд q, что и батарея
конденсаторов.
Разность потенциалов U12 = φ1 — φ2 складывается из суммы разностей потенциалов между
пластинами каждого из конденсаторов
U12=φ1−φ2=(φ1−φA)+(φA−φB)+(φB−φ2)=U1A+UAB+UB2.
Воспользовавшись формулой напряжения на конденсаторe
запишем
U=q/C
50

51.

Решение задач на расчет электрической цепи
постоянного тока с конденсаторами
Задача. Доказать
конденсаторов
формулу
эквивалентной
емкости
при последовательном
соединении
Откуда эквивалентная емкость батареи из трех последовательно включенных конденсаторов:
В общем случае эквивалентная емкость при последовательном соединении конденсаторов
51

52.

Решение задач на расчет электрической цепи
постоянного тока с конденсаторами
Задача. Определить заряд и энергию каждого конденсатора, если система подключена в
сеть с напряжением U = 240 В.
Емкости конденсаторов: C1 =50 мкФ; C2 =150 мкФ;
C3 =300 мкФ.
Эквивалентная емкость конденсаторов
соединенных параллельно
C1
и C2,
C12 = C1 + C2 = 200 мкФ
эквивалентная емкость всей цепи равна
C=C12⋅C3/(C12+C3)=200⋅300/500=120 мкФ
Заряд на эквивалентной емкости
Q = C·U = 120·10^(–6)·240 = 288·10^(–4) Кл.
Той же величине равен заряд Q3 на конденсаторе C3,
т.е. Q3 = Q = 288·10^(–4) Кл; напряжение на этом
конденсаторе
52

53.

Решение задач на расчет электрической цепи
постоянного тока с конденсаторами
Задача. Определить заряд и энергию каждого конденсатора, если система подключена в
сеть с напряжением U = 240 В.
Емкости конденсаторов: C1 =50 мкФ; C2 =150 мкФ;
C3 =300 мкФ.
Напряжение на конденсаторах C1 и C2 равно
U1 = U2 = U — U3 = 240 — 96 = 144 В.
их заряды имеют следующие значения
Q1 = C1·U1 = 50·10^(–6)·144 = 72·10^(–4) Кл;
Q2 = C2·U2 = 150·10^(–6)·144 = 216·10^(–4) Кл.
Энергии электростатического поля конденсаторов
равны
53

54.

ПЕРЕХОДИМ К
ПРАКТИЧЕСКОМУ ЗАДАНИЮ!
ДОМАШНЕЕ ЗАДАНИЕ:
КОНСПЕКТ ТЕОРИИ
54

55.

1)
Доказать
формулу
эквивалентной
емкости
при последовательном соединении 3х конденсаторов. Рассчитать
эквивалентную емкость. C1 = (вариант по математике*10) мкФ;
C2 =100 мкФ; C3 = (вариант по математике*30) мкФ.
2)
Определить
заряд
и энергию
каждого
конденсатора,
если система подключена в сеть с напряжением U = 620 В.
C1 = (вариант по математике*10) мкФ; C2 =100 мкФ;
C3 = (вариант по математике*30) мкФ.
55

56.

МАТЕРИАЛЫ И
КОМПОНЕНТЫ
ЭЛЕКТРОННОЙ
ТЕХНИКИ
Практическое занятие 3. Дроссели
Преподаватель:
Ассистент ОЭИ ИШНКБ
Архипова Алена Владимировна
2026

57.

ЭЛЕМЕНТНАЯ БАЗА ЭЛЕКТРОННОЙ АППАРАТУРЫ.
ПАССИВНЫЕ КОМПОНЕНТЫ
Катушки индуктивности
Катушка индуктивности – элемент электрической цепи, обладающий индуктивностью и
запасающий энергию в виде магнитного поля
Катушка индуктивности, дроссель или просто индуктивность – элемент,
название которого происходит от слова inductio – навожу, вызываю.
Классически и упрощенно индуктивность можно представить как
несколько витков, обмотанные вокруг ферромагнитного сердечника. При
этом, поскольку витки расположены рядом (и к тому же на одном
ферромагнитном сердечнике) то они связаны индуктивно и изменение
тока в одном витке вызывает (индуктирует) противоток и противо-ЭДС в
другом и рост тока замедляется. Так как в катушке индуктивности все
витки соединены последовательно, то они взаимонаводят противоток,
препятствующий росту тока. И напротив, если катушку отключить от
источника то витки будут наводить друг в друге ЭДС, чтобы ток через
индуктивность не изменился.
57

58.

ОСНОВНЫЕ СООТНОШЕНИЯ
Скорость роста тока через индуктивность пропорциональна приложенному к
нему напряжению и обратно пропорциональна величине самой индуктивности:
В случае если напряжение на дросселе постоянно ток возрастает по
линейному закону:
С увеличением тока дросселя индукция в магнитопроводе
увеличивается
и
после
достижения
индукции
насыщения,
определяемой материалом магнитопровода индуктивность дросселя
резко падает. Если к дросселю еще приложено напряжение, то ток
через него резко возрастает. Максимальное значение тока,
соответствующего индукции насыщения является максимальным
рабочим током дросселя. Этот параметр указывается в справочных
листках на серийно выпускаемые дроссели.
58

59.

КОНСТРУЦИЯ ДРОССЕЛЯ
Обмотка характеризуется рядом параметров:
 числом витков;
 тип и параметры провода;
 средней площадью сечения витка;
 длиной обмотки;
 типом обмотки (однослойная, многослойная, тип многослойной
намотки и т.д.).
Сердечник характеризуется следующими параметрами:
 тип сердечника (форма магнитопровода);
 материал сердечника;
 наличие и величина немагнитного зазора;
 площадь сечения магнитопровода;
 длина средней линии магнитопровода;
 площадь окна магнитопровода.
59

60.

КЛАССИФИКАЦИЯ
По характеру изменения индуктивности различают:
- постоянные катушки индуктивности;
Переменные и подстроечные катушки индуктивности.
По наличию сердечника постоянные катушки
индуктивности подразделяют:
- без сердечника (с воздушным сердечником);
- с сердечником (с магнитопроводом).
переменная индуктивность
По конструкции:
– выводные индуктивности;
– SMD-индуктивности;
– индуктивности на ферритовых стандартных каркасах.
выводная индуктивность
SMD индуктивность
60

61.

ПРОЦЕСС НАСЫЩЕНИЯ МАГНИТОПРОВОДА
Для повышения индуктивности катушку выполняют на
ферромагнитном сердечнике. В этом случае индуктивность
катушки рассчитывается по формуле:
где μ0– магнитная проницаемость вакуума; μr – относительная магнитная проницаемость
материала магнитопровода по отношению к вакууму; lср – средняя длина магнитной силовой
линии; Sc – площадь поперечного сечения магнитопровода.
Изменение тока через индуктивность I приводит к изменению напряжённости поля H и
соответственно изменению индукции магнитного поля B. Материал магнитопровода
определяет рамки изменения магнитной индукции – индукция ограничена сверху
индукцией насыщения Bsat. Пока изменение магнитной индукции происходит в пределах
[- Bsat … + Bsat] дроссель сохраняет свои индуктивные свойства и заданный уровень
индуктивности. В двухтактных преобразователях может быть использован весь размах
допустимого изменения индукции. В однотактных стабилизаторах и преобразователях
(когда прикладываемое напряжение однополярное) этот рабочий диапазон изменения
индукции в магнитопроводе уменьшается до [+Br … + Bsat]. Здесь Br – остаточная
индукция (remanence) – индукция, которая остается в материале магнитопровода при
снижении напряжённости внешнего магнитного поля до нуля. То есть начало нового
рабочего цикла начнется с роста B не от нуля, а с некоторого значения Br .
61

62.

РАБОЧИЙ ДИАПАЗОН ИЗМЕНЕНИЯ
ИНДУКЦИИ
Материал магнитопровода определяет рамки изменения магнитной индукции – индукция ограничена сверху индукцией
насыщения Bsat. Пока изменение магнитной индукции происходит в пределах [- Bsat … + Bsat] дроссель сохраняет
свои индуктивные свойства и заданный уровень индуктивности. В двухтактных преобразователях может быть
использован весь размах допустимого изменения индукции. В однотактных стабилизаторах и преобразователях (когда
прикладываемое напряжение однополярное) этот рабочий диапазон изменения индукции в магнитопроводе
уменьшается до [+Br … + Bsat]. Здесь Br – остаточная индукция (remanence) – индукция, которая остается в материале
магнитопровода при снижении напряжённости внешнего магнитного поля до нуля. То есть начало нового рабочего
цикла начнется с роста B не от нуля, а с некоторого значения Br .
Для
увеличения
размаха
индукции
ΔB
рабочего
цикла
магнитопровода необходимо уменьшать величину остаточной
индукции
магнитного
поля,
поскольку
гистерезисный
цикл
магнитопровода
однотактного
устройства
(трансформатора
обратноходового преобразователя, силовые дроссели) лежит лишь в
одном сегменте полной гистерезисной петли. То есть размах
магнитной индукции ограничен с одой стороны индукцией
насыщения, а с другой стороны – остаточной магнитной индукцией.
Индукция
насыщения
является
параметром
неизменным,
индивидуальным для ферромагнитного материала, а вот уровень
остаточной индукции может быть уменьшен.
ΔI – максимальное изменение тока обмотки дросселя;
N – число витков в дросселе;
ΔH – допустимый диапазон изменения напряженности
магнитного поля в материале магнитопроводе (от
нулевого значения);
ΔB - диапазон возможного изменения индукции в
магнитопроводе
l – длина магнитной линии магнитопровода.
62

63.

МАТЕРИАЛЫ МАГНИТОПРОВОДА
Основные параметры
материалов магнитопроводов:
- индукция насыщения – Bs;
- остаточная индукция – Br;
- магнитная проницаемость – μ =
B/Н;
- площадь петли гистерезиса.

64.

СХЕМЫ ЗАМЕЩЕНИЯ КАТУШЕК ИНДУКТИВНОСТИ
При проведении электрических расчетов
используют одну из эквивалентных схем.
rпр –сопротивление провода; Rп – потери в магнитопроводе; C0 – собственная (паразитная)
емкость:
- межвитковая;
- емкость выводов катушки;
- емкость отдельных витков относительно корпуса.
Очевидно, что эквивалентная схема реальной катушки индуктивности представляет собой
колебательный контур, искажающий свойства самой индуктивности. Поэтому катушки
используются на частотах, где емкость С0 не оказывает существенного влияния.
Важным параметром катушки индуктивности
является добротность. При достаточно малой
собственной емкости C0:
R – суммарные потери в проводе и магнитопроводе.
Чем выше
добротность,
тем лучше!
64

65.

УСЛОВНОЕ ГРАФИЧЕСКОЕ ОБОЗНАЧЕНИЕ КАТУШЕК
ИНДУКТИВНОСТИ И ДРОССЕЛЕЙ
L1 – без магнитопровода;
L2 – с магнитопроводом из феррита или ферромагнитного
сплава (электротехническая сталь, пермаллой);
L3 – c с зазором в ферромагнитном магнитопроводе;
L4 – с магнитопроводом из карбонильного железа, альсифера и
других магнитодиэлектриков;
L5 – c возможностью подстройки индуктивности изменением
положения магнитопровода.
65

66.

ОСНОВНЫЕ ПАРАМЕТРЫ КАТУШЕК
ИНДУКТИВНОСТИ
Основные параметры катушек индуктивности:
1. Номинальная индуктивность – Lном;
2. Допускаемое отклонение индуктивности катушки;
3. Эффективная индуктивность;
4. Номинальная добротность катушки – Qном;
5. Начальная индуктивность;
6. Температурный коэффициент индуктивности – ТКL;
7. Температурная нестабильность индуктивности катушки
8. Температурный коэффициент добротности – ТКД;
9. Собственная емкость катушки индуктивности – C0;
10. Рабочий диапазон температур.
Номинальная индуктивность–
значение
индуктивности,
являющееся
исходным
для
отсчета
допускаемого
отклонения.
Номинальное
значение
указывается на электрической
принципиальной
схеме
электронного устройства рядом с
его УГО.
Допускаемое отклонение индуктивности катушки – разность между предельным и
номинальным значениями индуктивности.
Собственная емкость индуктивности катушки – электрическая паразитная емкость,
составляющая с ее индуктивностью резонансный контур, измеренная на частоте резонанса.
66

67.

МАРКИРОВКА КАТУШЕК ИНДУКТИВНОСТИ
Обозначение набором букв и цифр. Буква r – используется
вместо десятичной запятой, буква в конце обозначения
обозначает допуск: D = ±0.3 нГн; J = ±5%; К = ±10%; М =
±20%
67

68.

ТРАНСФОРМАТОРЫ
Трансформатором называют статическое электромагнитное устройство,
имеющее две или более индуктивно связанных обмоток и предназначенное для
преобразования посредством электромагнитной индукции одной (первичной)
системы переменного тока в другую (вторичную) систему переменного тока.
ПРИМЕРЫ УСЛОВНО ГРАФИЧЕСКОГО ОБОЗНАЧЕНИЯ ТРАНСФОРМАТОРОВ
68

69.

ФУНКЦИИ ТРАНСФОРМАТОРА
Функции трансформатора
1. Гальваническая (потенциальная) развязка – отсутствие непосредственной
электрической (потенциальной) связи. Cвязь между обмотками осуществляется
посредством магнитного поля.
2. Согласование сопротивлений, например между усилителем мощности и
нагрузкой.
3. Изменение величины выходного напряжения – понижение или повышение
величины выходного напряжения относительно входного за счет изменения
соотношения витков между обмотками.
4. Изменение полярности выходного напряжение и получение противофазных
напряжений.
5. Разветвление сигналов на входы нескольких независимых цепей – в этом
случае трансформатор имеет несколько вторичных обмоток.
6. Разделительная цепь – осуществляет развязку по постоянному току двух
цепей.
69

70.

УСТРОЙСТВО
ТРАНСФОРМАТОРА
70

71.

УСТРОЙСТВО И ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ
ТРАНСФОРМАТОРА
Трансформатор состоит из ферромагнитного
магнитопровода и расположенных на нем
обмоток.
При появлении U1 по первичной обмотке
начинает протекать ток i1, создающий
магнитное поле вокруг этого провода и
магнитный поток, в соответствии с законом
электромагнитной
индукции.
Поскольку
трансформатор
выполняется
на
ферромагнитном сердечнике, магнитное
сопротивление которого много меньше, чем
у воздуха, поэтому весь магнитный поток Ф
будет замыкаться по сердечнику.
71

72.

УСТРОЙСТВО И ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ
ТРАНСФОРМАТОРА
ОСНОВНОЙ
МАГНИТНЫЙ
ПОТОК,
ЗАМЫКАЯСЬ
ПО
СЕРДЕЧНИКУ,
ПЕРЕСЕКАЕТ ВИТКИ ВТОРИЧНОЙ ОБМОТКИ И В СООТВЕТСТВИИ С
ЗАКОНОМ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЙ ИНДУКЦИИ В НЕЙ НАВОДИТСЯ ЭДС:
72

73.

ТИПЫ МАГНИТОПРОВОДОВ
а) броневой
Достоинства:
1.
Наиболее
просты
при
изготовлении.
2. Дешевые.
Недостатки:
1.
Относительно
высокая
чувствительность к наводкам.
2. Большая величина потока
рассеивания.
3. Плохое охлаждение обмоток
б) стержневой
в) тороидальный
Достоинства:
1. Лучшие условия охлаждения
обмоток.
2.
Конструкция
менее
чувствительна
к
внешним
магнитным полям.
Недостатки:
1.
Большие
потоки
рассеивания.
2.
Повышенные
массогабаритные показатели.
Достоинства:
1. Малая чувствительность к
внешним магнитным полям.
2. Малое значение потока
рассеивания.
Недостатки:
1.
Наиболее
сложные
в
изготовлении.
2. Дорогие.

74.

МАРКИРОВКА
Примеры обозначений:
1) Трансформатор ТА5-127/220-50В – трансформатор анодный, порядковый номер 5,
номинальное напряжение сети 127В и 220В, частотой 50Гц, В - всеклиматического
исполнения.
2) Трансформатор ТН8-220-50В.
3) Трансформатор ТАН-35-127/220-50В.
4) Трансформатор ТПП233-127/220-50В.
Описание унифицированных трансформаторов и их электрические схемы приводятся в
справочниках.
В зависимости от климата трансформаторы выпускаются:
- в тропическом исполнении (обозначение - Т);
- с тропическим сухим (ТС);
- с тропическим влажным (ТВ);
- во всеклиматическом (В).

75.

Переходим к практическому заданию
ДОМАШНЕЕ ЗАДАНИЕ
Конспект теории
75

76.

ПРАКТИЧЕСКОЕ ЗАДАНИЕ
ПРОВЕДЕНИЕ ФИЗИЧЕСКОГО АНАЛИЗА
ФНЧ И ФВЧ
76

77.

ГРАНИЧНЫЕ ЧАСТОТЫ
Частоту f = 1/(2πτ) называют граничной
частотой fгр или частотой среза fср фильтра.
77

78.

МАТЕМАТИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ
Ток в цепи составляет:
78
На рисунке а показана схема простейшего
фильтра
нижних
частот
(ФНЧ),
пропускающего низкие и ослабляющего
высокие
частоты.
Коэффициентом
передачи называется отношение
К = Uвых/Uвх (точнее, это модуль, или
абсолютная
величина
коэффициента
передачи). Рассчитаем его, пользуясь
известными нам уже сведениями о цепях
переменного тока.
Выходное напряжение равно падению
напряжения на конденсаторе С:
Подставляя ток, находим:
Коэффициент передачи получился комплексным. Это означает, что выходное напряжение
фильтра сдвинуто по фазе относительно входного. Чтобы подчеркнуть комплексный характер К,
его часто обозначают как K(jω). Найдем модуль (абсолютное значение) и аугмент (фазу) К

79.

Нередко для упрощения расчетов вводят
обозначения RC = τ. (постоянная времени
цепочки), ωRC = ω/ωс = х (обобщенная
частота). Коэффициент передачи в этих
обозначениях записывается совсем просто:
ФИЛЬТР ВЕРХНИХ ЧАСТОТ (ФВЧ)
АЧХ ЦЕПОЧКИ
Коэффициент передачи теперь выражается так:
Формула для частоты среза остается прежней. ФЧХ
тоже прежняя, но у ф меняется знак — фаза
выходного сигнала опережает фазу входного. Она
близка к 90° на самых низких частотах и приближается
к нулю на высоких (график ФНЧ, достаточно сдвинуть
вверх по оси φ на 90°).
79

80.

ПОДРОБНЫЙ МАТЕМАТИЧЕСКИЙ
АНАЛИЗ
Итак,
если
на
входе
условного
четырехполюсника действует гармонический
сигнал с зависимой от частоты фазой:
то
в
результате
линейности
элементов,
образующих четырехполюсник,
выходной
сигнал останется синусоидальным, но будет
иметь другую амплитуду и дополнительный,
зависимый от частоты, фазовый сдвиг:
Четырехполюсники: фильтр нижних частот
(а), фильтр верхних частот (б) и обобщенное
изображение четырехполюсника (в)
80

81.

МАТЕМАТИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ
Комплексная передаточная функция, учитывающая амплитудные и фазовые
соотношения между входным и выходным сигналами, имеет вид:
Данная функция всегда может быть приведена к виду:
где K(ω) – модуль комплексного числа.
K(ω) является коэффициентом передачи четырехполюсника по напряжению и
представляет собой частотную зависимость отношения амплитуд Um2 к Um1. Эта
зависимость называется амплитудно-частотной характеристикой (АЧХ). Зависимость
фазового сдвига выходного сигнала от частоты называется фазо-частотной
характеристикой (ФЧХ) четырехполюсника.
Результирующая АЧХ является результатом перемножения АЧХ отдельных
четырехполюсников, а результирующая ФЧХ образуется сложением ФЧХ
последовательных четырехполюсников:
K(ω) = K1(ω) · K2(ω) · K3(ω)…. · Kn(ω);
φ(ω) = φ1(ω) + φ2(ω) + φ3(ω)…. + φn(ω).
81

82.

Вместо экспоненциальной формы записи выражение может быть
представлено в другой, известной форме:
где А и В – вещественная и мнимая
части комплексного числа
Модуль передаточной функции четырехполюсника, записанной в
форме также как и для формы записи является коэффициентом
передачи по напряжению K(ω):
Зависимый от частоты
вычисляется по формуле:
фазовый
сдвиг
φ(ω)
или
ФЧХ,
82

83.

Рассмотрим пример расчета АЧХ и ФЧХ простейшего RC-фильтра
нижних частот
Согласно закону Ома,
ток в данной цепи
равен
Выходное напряжение равно
произведению тока на
емкостное сопротивление:
Комплексная
передаточная
функция
рассматриваемого
фильтра примет вид:
Z - полное сопротивление
(импеданс)
цеп
для
входного синусоидального
напряжения:
Известно, что произведение
RC имеет размерность
времени. Тогда 1/RC имеет
размерность угловой
частоты
подставим в формулу
83

84.

Рассмотрим пример расчета АЧХ и ФЧХ простейшего RC-фильтра
нижних частот
Для устранения мнимого числа в знаменателе,
умножим числитель и знаменатель на
сопряженное знаменателю комплексное число
Из этой формулы можно найти АЧХ,
как модуль данного выражения по
формуле и ФЧХ, как арктангенс
отношения аргументов мнимой и
вещественной частей по формуле
АЧХ:
ФЧХ:
84

85.

Рассмотрим пример расчета АЧХ и ФЧХ простейшего RC-фильтра
нижних частот
АЧХ однозвенного RC-фильтра
нижних частот
ФЧХ однозвенного RC-фильтра
нижних частот
85

86.

Рассмотрим пример расчета АЧХ и ФЧХ простейшего RC-фильтра
нижних частот
Угловая частота при которой
коэффициент передачи по
напряжению уменьшается в
раз (уровень 0,707) по сравнению с максимальным
значением коэффициента передачи фильтра,
называется граничной частотой или частотой среза
ωгр. В данном конкретном случае
Итак, фильтр нижних частот (ФНЧ) пропускает только низкочастотные сигналы, обычно от
постоянной составляющей до частоты среза, а ФВЧ, напротив, подавляет в спектре сигнала
все частоты от нуля до частоты среза, а пропускает частоты выше частоты среза.
Аналогично приведенному выше примеру расчета однозвенного фильтра нижних частот
могут быть рассчитаны АЧХ и ФЧХ фильтра верхних частот
.
86

87.

ГРАНИЧНЫЕ ЧАСТОТЫ
Дано:
R=10kOm,
C=18nF.
wгр-?
fгр-?
ФНЧ: